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Terpene sind nach den Cannabinoiden die wahrscheinlich wichtigste Stoffgruppe im Hanf. Auch wenn Terpene eine synergetische Wirkung mit den anderen Inhaltsstoffen haben, gibt es Anwendungsfälle, in denen es sinnvoll ist, Terpene zu extrahieren. Um Terpene extrahieren zu können, haben sich verschiedene Methoden bewährt. Je nach gewünschtem Endprodukt gibt es verschiedene industrielle Verfahren, mit denen man entweder ein Breitspektrum-Extrakt herstellen kann, welches eine Vielzahl an Terpenen enthält, oder ein Isolat aus einem einzelnen Terpen.
Wasserdampfdestillation
Eine der ältesten und auch einfachsten Extraktionsmethoden ist die Wasserdampfdestillation. Bei dieser Methode sammelt man das zu extrahierende Pflanzenmaterial zunächst in einem Behälter. Nun wird in einem weiteren Behälter Wasser erhitzt. Den heißen Wasserdampf leitet man über ein Rohr mit Druck durch das zu extrahierende Material. Wenn der heiße Wasserdampf das Pflanzenmaterial durchströmt, reißt er auf diese Weise sozusagen die enthaltenen Terpene mit sich. Deswegen wird die Wasserdampfdestillation auch als Trägerdampfdestillation bezeichnet.
Der Wasserdampf ist hier der Träger für die extrahierten Stoffe. Dieser heiße Wasserdampf, der jetzt mit den Terpenen angereichert ist, wird in einen Schlauch weitergeleitet, in welchem er abkühlt und kondensiert. Am Ende des Schlauches befindet sich ein Auffangbehälter, der die kondensierte Flüssigkeit sammelt. Da Terpene eine andere Dichte haben als Wasser, findet nach einiger Zeit automatisch eine Trennung der beiden Komponenten statt. Das Wasser befindet sich in diesem Gefäß unten und das Terpengemisch oben. Man kann sich das vorstellen, wie das Mischen von Öl mit Wasser. Das Öl wird immer an der Oberfläche schwimmen, da es eine andere Dichte als Wasser hat und auch nicht in Wasser löslich ist. Genau dieser Effekt tritt hier bei den Terpenen ein.
Nun kann man die Schicht aus Terpenen entweder einfach abschöpfen oder man kann die beiden Komponenten mit einem Scheidetrichter voneinander trennen. Allerdings ergibt sich jetzt noch das Problem, dass nicht ein einzelnes Terpen extrahiert wurde, sondern alle Terpene. Unter Umständen sind in dieser Schicht auch noch weitere nicht wasserlösliche Substanzen dabei, die ebenfalls mit extrahiert wurden. Die einfachste Methode, aus diesem Gemisch ein einzelnes Terpen zu isolieren, ist ein weiterer Destillationsschritt. Bei dieser Destillation macht man sich die Eigenschaft zunutze, dass alle Terpene einen leicht unterschiedlichen Siedepunkt haben. Durch die Erwärmung des Destillates auf eine bestimmte Temperatur, kann genau ein gewünschtes Terpen verdampft werden, welches den Siedepunkt bei dieser Temperatur hat. Der Vorgang wird auch als Fraktionierungsdestillation bezeichnet. Diesen Dampf lässt man wieder in einem weiteren Behälter kondensieren und man erhält eine sehr reine Konzentration des gewünschten Terpens.
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Extraktion durch Lösungsmittel
In industriellem Maßstab ist auch die Extraktion mittels Lösungsmittel eine sehr gängige Vorgehensweise. Das Funktionsprinzip sieht so aus, dass man das zu extrahierende Pflanzenmaterial in ein Lösungsmittel einlegt, in welchem nach einiger Zeit die gewünschten Terpene gelöst werden. Es gibt auch Konstruktionen, bei denen das Lösungsmittel mit Hochdruck durch das Pflanzenmaterial hindurchgepresst wird, ähnlich, wie es bei der Wasserdampfdestillation der Fall ist. Die Extraktion mittels eines spezifischen Lösungsmittels bringt den entscheidenden Vorteil, dass sich bereits im ersten Extraktionsschritt, möglichst nur die gewünschten Terpene lösen und man erheblich weniger Verunreinigungen in diesem Zwischenprodukt hat. Als Lösungsmittel kommen häufig Ethan oder Butan zur Anwendung.
Zu beachten ist jedoch, dass in diesen Lösungsmitteln auch Cannabinoide löslich sind. Eine Sonderform der Lösungsmittelextraktion ist die CO₂-Extraktion. Bei dieser Methode wird gasförmiges CO₂ durch Druck verflüssigt und mit Hochdruck durch das Pflanzenmaterial gepresst. Das Prinzip ist vergleichbar mit jenem der Wasserdampfdestillation, nur dass anstelle von Wasser flüssiges CO₂ verwendet wird. Ein Vorteil der CO₂-Extraktion ist, dass CO₂ weitgehend ungiftig ist. Außerdem verdunstet CO₂ augenblicklich, sobald es wieder Raumtemperatur erreicht. CO₂ ist im Gegensatz zu vielen anderen Lösungsmitteln auch nicht entzündlich, wodurch sich der Extraktionsprozess als sehr sicher gestaltet. Nach dem Extraktionsvorgang lässt man das Lösungsmittel verdunsten. Zurück bleibt ein Gemisch aller Terpene und weiterer Komponenten, die extrahiert wurden, weil sie im verwendeten Lösungsmittel löslich waren. Möchte man aus diesem Endprodukt ein einzelnes Terpen isolieren, muss, wie Eingangs erwähnt, wieder eine Fraktionierungsdestillation, oder ein weiterer Extraktionsschritt mithilfe eines geeigneten Lösungsmittels durchgeführt werden.
Ultraschall zur Steigerung der Ausbeute
Ein Nachteil bei der Extraktion durch Lösungsmittel ist, dass oftmals nicht die gesamte Menge der enthaltenen Terpene gelöst werden kann. Diese Ausbeute kann man erheblich steigern, indem man das zu extrahierende Pflanzenmaterial zuvor mit Ultraschall behandelt. Wird Ultraschall in der richtigen Frequenz und Intensität auf das Pflanzenmaterial abgegeben, kann man damit erreichen, dass sich die Pflanzenzellen auflösen und auf diese Weise eine große Menge Terpene freisetzen, die dann im umgebenden Lösungsmittel gelöst werden. Die Ultraschallextraktion beginnt sich in den letzten Jahren immer stärker am Markt durchzusetzen. Durch die hohe Ausbeute wird der Abfall minimiert und eine konstante Qualität kann deutlich leichter sichergestellt werden. Durch die hohe Effizienz dieser Methode wird weniger Ausgangsmaterial benötigt und langfristig die Produktionskosten gesenkt.
Mikrowellenextraktion
Eine besonders effiziente Form der Extraktion, die sich seit einigen Jahren am Markt etabliert, ist die Extraktion mittels Mikrowellen. Ein großer Vorteil dieser Methode ist, dass für den ersten Extraktionsschritt keine Lösungsmittel benötigt werden, was dieses Verfahren sicher und umweltschonend macht. Man nutzt bei dieser Methode das Prinzip aus, dass Mikrowellen organische Materie in Schwingung versetzt und sie auf diese Weise erhitzt. Ein Gericht, welches man in die Mikrowelle stellt, wird deshalb warm und beginnt zu dampfen, weil Mikrowellen sozusagen durch Schwingungen die Moleküle aneinander reiben. Genau diesen Effekt des sehr gezielten Erwärmens macht man sich bei der Mikrowellenextraktion zunutze.
Das zu extrahierende Pflanzenmaterial wird mit Mikrowellen bestrahlt, was dazu führt, dass zunächst die Zellen aufbrechen, ähnlich wie bei der Ultraschallextraktion. Die in den Zellen enthaltenen Terpene treten zusammen mit dem restlichen Wasser im Zellinneren aus und beginnen zu verdampfen. Der Dampf kondensiert in einem Gefäß und enthält die Terpene in hoher Reinheit. Möchte man aus diesem Vollspektrum-Extrakt ein einzelnes Terpen extrahieren, ist jedoch auch hier ein weiterer Arbeitsschritt, wie eine Fraktionierungsdestillation, nötig. Ein großer Vorteil dieser Methode ist, dass man das extrahierte Pflanzenmaterial danach noch weiter verwenden kann, zum Beispiel um daraus in einem weiteren Schritt noch Cannabinoide zu extrahieren. Die Mikrowellenextraktion ist sehr selektiv und minimalinvasiv, was sie zu einem extrem effizienten Verfahren macht, mit dem Ausgangsmaterial gespart werden kann.
Weitere Methoden der Extraktion
Prinzipiell sind bei Extraktionsmethoden kaum Grenzen gesetzt. Vieles funktioniert und ist mehr oder weniger effizient. Eine Methode, die noch gelegentlich nur Anwendung kommt und sehr trivial ist, ist die mechanische Extraktionsform. Dabei wird das Pflanzenmaterial einfach ausgepresst und die freigesetzten Terpene werden aufgefangen. Anstelle des Pflanzenmaterials, können auch Trichome gepresst werden, da diese den höchsten Gehalt an Terpenen aufweisen. Die Methode des Pressens ist sehr rudimentär und ergibt zunächst nur ein einfaches Vollspektrum-Extrakt aller Inhaltsstoffe, welches je nach gewünschtem Endprodukt noch weiterverarbeitet werden muss.
Gelegentlich kommt auch eine Kälteextraktion zur Anwendung. Bei dieser Methode wird das Pflanzenmaterial tief gefroren, wodurch ebenfalls die Zellen aufbrechen. Beim erneuten Auftauen können die freigesetzten Terpene gesammelt und weiterverarbeitet werden. Man kann auch Extraktionsmethoden miteinander kombinieren. Die Effizienz einer Wasserdampfdestillation kann gesteigert werden, wenn zuvor bereits die Zellen aufgebrochen werden, entweder mittels Bestrahlung oder Kältebehandlung. Auf diese Weise kann ähnlich wie bei der Ultraschallextraktion eine erheblich höhere Ausbeute bei der nachfolgenden eigentlichen Extraktion erzielt werden.
Als ergänzende Variante der Wasserdampfdestillation ist noch die Vakuumdestillation zu nennen. Sowohl der primäre Extraktionsprozess als auch die nachfolgende Fraktionierungsdestillation, können in einem Vakuum durchgeführt werden. Ein Vakuum hat den entscheidenden Vorteil, dass sich die Siedetemperatur vieler Substanzen verringert. Auf diese Weise kann mit geringerer Temperatur das gleiche Ergebnis erreicht werden. Dies ist besonders für einige Terpene ein entscheidender Vorteil, da einige von ihnen dazu neigen, bei hohen Temperaturen zu zerfallen. Die Destillation im Vakuum ist ein maximal schonendes Verfahren, bei dem der Großteil der temperaturempfindlichen Terpene möglichst erhalten bleibt.
